Convertoare DC-DC cu MC34063

Stabilizatoare de tensiune în comutatie cu MC34063 - HobbytronicaBine te-am găsit !

În industria electronică a zilelor noastre se poate observa că mai toţi producătorii au 4 obiective principale: creşterea performanţei, creşterea eficienţei energetice, reducerea costurilor de producţie şi miniaturizarea. În cadrul surselor de alimentare aceste obiective au impulsionat dezvoltarea şi utilizarea la scară largă a surselor de alimentare în comutaţie construite în jurul unor circuitelor integrate specializate. Dintre acestea, pentru articolul de astăzi voi lua în discuţie circuitul integrat MC34063 deoarece este ieftin, uşor de găsit şi foarte simplu de utilizat.

  • MC34063 – prezentare generală
  • Calculator on-line pentru convertoare DC-DC cu MC34063
  • Recomadări de realizare practică
MC34063 – prezentare generală

Înainte de a merge mai departe nu strică să amintesc că un convertor DC-DC este un circuit care transformă o tensiune continuă (DC – Direct Current) într-o altă tensiune continuă. Tensiunea aplicată la intrarea unui convertor DC-DC poate fi variabilă în anumite limite însă cea de ieşire se urmăreşte a fi constantă. Din acest motiv, convertoarele DC-DC sunt în acelaşi timp nişte stabilizatoare de tensiune cu performanţe de stabilizare ceva mai modeste decât stabilizatoarele de tensiune liniare.

În cadrul articolului de faţă presupun că eşti deja familiar cu modul de funcţionare al convertoarelor DC-DC buck (coborâtor), boost (ridicător) şi inversor. Dacă nu, sfatul meu este să nu treci mai departe până nu citeşti prezentare pe care le-am făcut-o aici.

MC34063 este un circuit integrat cu care, după nevoi, poţi construi un convertor DC-DC ridicător, unul coborâtor sau chiar unul inversor. Din datasheet-ul lui vedem că poate manipula curenţi de cel mult 1,5 A şi tensiuni de intrare de cel mult 40V, ceea ce practic înseamnă că poate fi folosit pentru alimentarea oricăror montaje care nu consumă mai mult de câţiva W.

În figura 1 putem vedea că în structura internă a acestuia (delimitată de linia întreruptă şi îngroşată) intră:

  • un oscilator (notat cu OSC) a cărui frecvenţă este dictată de un condensator montat între pinul 3 şi masă;
  • o sursă de tensiune de referinţă de 1,25 V (notată cu 1.25 V Ref Reg);
  • un comparator (notat cu Comp);
  • un formator de impulsuri de tip PWM , care este format din două circuite logice: o poarta logică de tip “ŞI” (dreptunghiul care are colţurile din dreapta combinate într-un arc de cerc) şi un bistabil de tip RS  (dreptunghiul în care apar literele S, R şi Q);
  • două tranzistoare, unul putere mai mică (notat cu Q2) şi unul de putere mai mare (notat cu Q1).

Figura 1. Schema bloc a unui convertor DC-DC buck (coborator) cu circuit integrat MC34063 - Hobbytronica

Figura 1. Schema bloc a unui convertor DC-DC buck (coborâtor) cu circuit integrat MC34063

Este mai greu să înţelegi cum funcţionează un circuit integrat fără a indica şi celelalte componente externe cu care acesta trebuie conectat. De aceea, în figura 1 am preluat din datasheet-ul lui MC34063 exemplul schemei de aplicaţie pentru un convertor DC-DC de tip buck (coborâtor). Acestea fiind zise, hai să vedem cum funcţionează schema din figura 1.

Imediat după ce alimentăm circuitul, oscilatorul începe să furnizeze un semnal triunghiular de frecvenţă constantă. Acest semnal este livrat blocului formator de impulsuri care are rolul de a-l transforma în semnal de tip PWM. Acest semnal este mai departe trimis către elemente de comutaţie (tranzistoarele Q2 şi Q1) care la rândul lor aplică impulsurile PWM circuitului format din bobina L, dioda Shottky şi condensatorul C0.

Dacă ne amintim cum că un semnal PWM (Pulse Width Modulation) înseamnă un semnal format din impulsuri de durată variabilă, apare întrebarea: în acest caz, cine dictează durata acestor impulsuri ?  Răspunsul este: tensiunea de ieşire (Vout). Aceasta este adusa prin divizorul rezistiv (realizat cu R2 şi R1) pe pinul 5, adică la intrarea inversoare a comparatorului. Acesta, comparatorul, are funcţia de a … compara ( 🙂 ) tensiunea adusă pe pinul 5 cu tensiunea dată de sursa de tensiune de referinţă de 1,25V şi de a “informa” blocul formator de impulsuri de orice inegalitate între cele două tensiuni. Dacă din diverse motive tensiunea de la ieşire (Vout) ar vrea să scadă sau să crească fată de valoarea corectă, comparatorul va comanda blocului formator de impulsuri o mărire sau o reducere a duratei impulsurilor PWM astfel încât tensiunea de ieşire să rămână stabilă indiferent de cum variază sarcina conectată la ieşire sau tensiunea aplicată la intrare (Vs).

O altă întrebare bună pe care ţi-ai putea-o pune acum este: cum anume putem spune circuitului din figura 1 ce tensiune dorim să obţinem la ieşire ? Răspunsul este dat de raportul dintre valorile rezistenţelor R2 şi R1. Mai concret:

De exemplu: dacă alegem R1 = 1k şi R2 = 3.3k şi aplicăm formula de mai sus vom obţine la ieşire o tensiune de 5,375 V. Dacă ai nevoie ca tensiunea de ieşire să fie reglabilă, poţi înlocui R2 şi R1 cu un potenţiometru.

În sfârşit, în circuit mai observăm şi rezistenţa Rs. Rolul acesteia este acela de a permite circuitului integrat MC34063 să “citească” ce curent absoarbe întreaga schemă de la sursa de alimentare. Dacă la un moment dat tensiunea care apare pe rezistenta Rs depăşeşte 0,3 V, oscilatorul este oprit automat pentru a preveni distrugerea componentelor de putere. În acest mod, cu ajutorul unei simple rezistenţe, MC34063 ne pune la dispoziţie şi o protecţie eficientă la suprasarcină/scurtcircuit pe ieşire.

Cam acestea ar fi toată teoria de care vei avea vreodată nevoie pentru a aborda schemele cu MC34063. Să trecem acum la partea practică.

Calculator on-line pentru convertoare DC-DC cu MC34063

Tot ceea ce ai nevoie să ştii despre alegerea schemei şi componentelor potrivite aplicaţiei tale găseşti cu lux de amănunte în datasheet-ul lui MC34063. Dar eu nu o să te trimit acolo pentru că există calculatoare on-line special realizate în acest scop. Cel pe care am ales să ţi-l recomand astăzi este cel pe care-l vei vedea dând click aici. Toate discuţiile de mai jos sunt bazate pe utilizarea acestui calculator, care nu doar că îţi calculează valorile optime ale componentelor ci îţi prezintă şi schema pe care trebuie s-o utilizezi. E un fel de mură-n gură :).

Utilizarea calculatorului on-line este intuitivă şi aşa cum se observă şi din print screen-urile din figurile 2, 3 şi 4 nu trebuie decât să:

  • introduci valoarea tensiunii medii de la intrare (Vin). Aceasta trebuie să fie mereu pozitivă. De asemenea, tensiunea de intrare nu poate fi aleasă mai mare de 40V. În caz contrar, atunci când vei da click pe butonul calculate, calculatorul îţi va afişa mesajul: Vin must be 3 to 40V !;
  • introduci valoarea tensiunii de ieşire (Vout). Aceasta poate avea practic orice valoare între 1,25 şi câteva zeci de volţi. Tensiunea de ieşire o poţti alege ca fiind şi negativă, caz în care calculatorul îţi va pune pe tavă o schemă de tip inversor;
  • introduci valoarea curentului maxim dorit la ieşire (IOUT). Valoarea maximă pe care o poţi seta depinde de set-ul de date introduse la intrare. Mergi pe încercări: setează ce valoare vrei tu, dă click pe butonul calculate şi în cazul în care curentul cerut de tine este prea mare, calculatorul îţi va afişa mesajul: Switch peak current xxx mA exceeds 1500 mA limit !, caz în care bineînţeles va trebui să setezi o valoare mai mică;
  • introduci valoarea tensiunii de riplu la ieşire Vripple. Să vedem întâi ce înseamnă acest parametru. Dioda Shottky (singura de altfel din circuit) împreună cu bobina L şi condesatorul C0 transformă impulsurile PWM date de către MC34063 în tensiune continuă (VOUT), însă din păcate nu chiar complet – o parte din impulsurile PWM reusesc să pătrundă ca perturbaţii în tensiunea de ieşire. Ei bine, resturile de semnal PWM care reuşesc să ajungă în tensiunea de ieşire formează aşa numita tensiune de riplu. Cu cât vei seta o valoare mai mică a acestui parametru, cu atât mai mare va fi capacitatea condensatorului de ieşire (C0). Eu recomand o valoare undeva între 50 şi 100 mV;
  • introduci valoarea frecvenţei maxime a oscilatorului (Fmin). Cu cât această valoare este mai mare cu atât mai mică va fi inductanţa bobinei L şi capacitatea condensatorului Cpe care vor trebui să le foloseşti. În general acest parametru se setează la 100kHz (adică valoarea maximă permisă în cazul lui MC34063). Valori mai mici se setează doar în situaţii speciale (deci rare) în care se doreşte reducerea suplimentară a intensităţii semnalelor parazite emise de convertorul DC-DC respectiv.

În continuare, în figurile 2, 3 şi 4 îţi prezint nişte exemple de calcul pentru fiecare din cele 3 tipuri de convertoare DC-DC realizabile cu MC34063.

Figura 2. - Exemplu de calcul al unui  convertor DC-DC buck (coborator) realizat cu MC34063 - Hobbytronica

Figura 2. Exemplu de calcul al unui  convertor DC-DC buck (coborâtor) realizat cu MC34063

 

Figura 3. - Exemplu de calcul al unui  convertor DC-DC boost (ridicator) realizat cu MC34063 - Hobbytronica

Figura 3. Exemplu de calcul al unui convertor DC-DC boost (ridicător) realizat cu MC34063

 

Figura 4. - Exemplu de calcul al unui  convertor DC-DC de tip invertor realizat cu MC34063 - Hobbytronica

Figura 4. Exemplu de calcul al unui convertor DC-DC de tip inversor realizat cu MC34063

Recomadări de realizare practică

Din punct de vedere al schemelor de funcţionare totul ar trebui să fie deja clar. Cu toate acestea mai sunt câteva lucruri pe care trebuie să le ştii înainte de a cumpăra componentele necesare şi de a trece la treabă. Acestea sunt:

  • condensatorul CT trebuie să fie de tip ceramic. Tensiunea de lucru a acestuia nu este importantă;
  • rezistenţa Rsc trebuie să fie de minim 0,5W pentru că în caz contrar rişti să o vezi fumegând. Toate celelalte rezistenţe consumă o putere infimă deci în cazul lor poţi folosi rezistenţe chiar şi de 0,1W;
  • dioda Shottky trebuie să fie de tip 1N5818, 1N5819 sau 1N5820;
  • bobina L trebuie să fie capabilă să suporte un curent cu cel puţin 25-50% mai mare decât curentul maxim pe care îl vei avea la ieşirea convertorului. Deci verifică cu mare atenţie ce curent suporta bobina pe care vrei s-o cumperi/foloseşti;
  • dacă celelalte componente le poţi găsi aproape la orice magazin, pentru bobine situaţia este un pic mai dificilă. Cel mai bun loc unde poţi găsi bobine de aproape orice inductanţă şi curent pare a fi magazinul on-line TME;
  • aşa cum se observă şi în schemele din figurile de mai sus, pentru reducerea emisiilor de semnale parazite este recomandat sa montezi un condensator electrolitic între intrare (pinul 6) şi masă. Acesta, uzual, are o valoare de 100uF şi trebuie amplasat cât se poate de aproape de MC34063.

Convertoarele DC-DC cu MC34063 sunt probabil cele mai simple (moduri de a realiza) surse de alimentatoare în comutaţie. Aceasta pentru că circuitele integrate de tipul lui MC34063 sunt concepute astfel încât să înglobeze toate funcţiile esenţiale ale unui convertor DC-DC lăsând afară doar câţiva pini prin care tu, utilizatorul, poţi alege în ce mod vrei să-l foloseşti.

Dacă ţi-a plăcut acest articol, distribuie-l mai departe în grupul tău de prieteni !

Cu bine,

Ciprian

1 thought on “Convertoare DC-DC cu MC34063

  1. Multumesc Ciprian . Am sa citesc materialul trimis de tine .Sa fiu sincer m-am luat cu alte probleme si nu mai stiam de unde primesc acest mesaj. Ok.

Leave a Comment